Die Welt der Viren über Bioinformatik erschließen
Über Bioinformatik können Forschende Genetik- und Genomikdaten vergleichen, analysieren und deuten. Das EU-finanzierte Projekt VIROINF wurde ins Leben gerufen, um die Möglichkeiten besser in die experimentelle Virusforschung zu integrieren. „Die Wechselwirkungen zwischen Virus und Wirt sind kritisch für die Virologie, aber es mangelt an praktischen, nützlichen Instrumenten in diesem Bereich“, erklärt die VIROINF-Projektkoordinatorin Manja Marz von der Friedrich-Schiller-Universität Jena in Deutschland. „Mit diesen Instrumenten könnten die Evolution und Wechselwirkungen von Viren besser erforscht und kontrolliert werden. Indem wir die Lücke zwischen theoretischer Forschung und praktischer, experimenteller Anwendung schließen, ergänzen wir das Wissen zur viralen Dynamik und verbessern wissenschaftliche Ergebnisse.“
Virus-Wirt-Interaktionen und die Virusevolution modellieren
Das Herzstück von VIROINF, das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde, war die Modellierung der Virus-Wirt-Interaktionen und der Virusevolution in Wirten. Das umfasste theoretische und experimentelle Forschung, wobei die Nachwuchsforschenden jeweils an spezifischen Zielen arbeiteten. „Dabei wurden bedeutende Ergebnisse erreicht, insbesondere zur Modellierung der Virus-Wirt-Interaktionen und für bessere Instrumente aus der Bioinformatik“, erklärt Marz. „So wurden zum Beispiel bei Instrumenten, mit denen Virus-Wirt-Dynamiken erforscht werden können, große Fortschritte erzielt.“ Die Nachwuchsforschenden haben einen großen Beitrag geleistet, indem sie Datensätze zur Honigbienen-Darmsequenzierung lieferten, Algorithmen des maschinellen Lernens erstellten, um die Virusgenomgewinnung zu verbessern, und Instrumente einsetzten, um die Genauigkeit der Virusidentifizierung zu erhöhen. Über einen Ansatz der viralen Markierung in anaeroben Umgebungen konnten erfolgreich Phagen-Wirt-Paare bestimmt werden, die mit Krankheiten in Verbindung stehen. Darüber hinaus wurde ein Instrument entwickelt, um virale Proteinmerkmale zu extrahieren, die zur Assoziation mit dem Wirt wichtig sind. „Bei dieser gemeinsamen Arbeit wurden Virusproteine erkannt, die entscheidend für die Wirtsspezifität sind. Das fließt in das Wissen zu Virus-Wirt-Beziehungen ein“, sagt Marz. Das Projektteam hat auch das Wissen zur Virusevolution vertieft. Mit neuen Instrumenten der Bioinformatik konnten wertvolle Erkenntnisse zur Phagenbiologie und der Effizienz von Virusinfektionen gewonnen werden. „Diese gemeinsamen Bemühungen zu Bioinformatik, experimenteller Validierung und therapeutischer Exploration könnten bedeutend für die wissenschaftliche Forschung und praktische Anwendungen in der Virustherapie sein“, kommentiert Marz.
Qualifizierte Arbeitskräfte in Bioinformatik und Virologie
Die Ausbildungskomponente war ein wichtiger Teil des VIROINF-Projekts, über die qualifizierte Arbeitskräfte in Bioinformatik und Virologie ausgebildet wurden. „Die Nachwuchsforschenden erhielten das notwendige Fachwissen, um einen sinnvollen Beitrag zu den Forschungszielen zu leisten“, ergänzt Marz. „Sie entwickelten praktische Kompetenzen zur Modellierung von Virus-Wirt-Interaktionen und der Virusevolutionen. Zudem entstand eine Gemeinschaft zur Verbundforschung.“ Bei den Schulungen konnten die Nachwuchsforschenden auch fachübergreifend Ideen austauschen. Das ist laut Marz entscheidend für den Erfolg auf diesem Gebiet. „Intensive Diskussionen bei zahlreichen Treffen zeigen die Bedeutung dieses kooperativen Ansatzes“, fährt sie fort.
Wirksame Erforschung zu Virus-Wirt-Interaktionen
Zu den nächsten Schritten im VIROINF-Projekt gehört, auf der erfolgreichen Entwicklung der neuen Instrumente aus Bioinformatik und der Modelle zu den Interaktionen aufzubauen. Das Projektteam hofft, die Strategien letztendlich in Labor- und Marktanwendungen zu integrieren, indem die Instrumente und Modelle zur praktischen Anwendung in der Virusforschung verfeinert werden. „Die Forschergemeinschaft aus dem Projekt wird weiterhin zusammenarbeiten, um den Wissensaustausch weiter zu fördern“, so Marz. Langfristig könnte aus der Arbeit ein integrierter Rahmen hervorgehen, in dem Bioinformatik und experimentelle Virologie eng aufeinander abgestimmt sind. „Das wird die Grundlage für die künftige Virusforschung sein, über die das Wissen zur Evolution und dem Verhalten von Viren vertieft wird“, sagt Marz.
Schlüsselbegriffe
VIROINF, Bioinformatik, Viren, Diagnostik, Virologie, Biologie
